[发明专利]基于多端口输出误差触发机制的机帆船路径跟踪控制方法

说明书

本发明公开了基于多端口输出误差触发机制的机帆船路径跟踪控制方法，通过在帆船模型中构建螺旋桨推进项，系统推进力由螺旋桨和帆结构共同提供，在控制器设计中，帆动力仅作为推力补偿项来减少螺旋桨的能量消耗，从而减少主机耗能。通过利用多端口输出误差触发机制，使得输出反馈误差和控制信号仅在事件触发点进行更新，极大的减小了从传感器到控制器和执行器的通信负载。

技术领域

本发明涉及船舶控制工程与船舶自动化航行装备技术领域，尤其涉及一种基于多端口输出误差触发机制的机帆船路径跟踪控制方法。

背景技术

在无人帆船运动领域，传统的三角帆在迎风和顺风情况下无法提供充前进驱动力，针对这类工程限制，在传统帆船控制中，通过分别设计迎风、顺风航行制导律来实现Z型路径。在现有的控制算法中，如图2所示，为了实现Z型路径通常使用反步法对控制器进行设计，并且采用径向基函数神经网络对模型结构不确定进行在线逼近，实现了帆船的半全局渐进跟踪稳定。该设计方法通常采用分离型技术对帆船进行建模，即分别对帆、舵、龙骨、船体进行建模，并且考虑帆船的欠驱动特性，驱动力主要配置在帆结构和舵设备上。现有技术的控制方法存在的问题主要有以下两点：

一是现有的无人帆船路径跟踪控制算法没有考虑到迎风和顺风航行中Z型路径造成的精度偏差，忽略了无风情况下帆船无动力情况，即没有考虑螺旋桨的作用；

二是现有的无人帆船路径跟踪控制算法，控制命令需要实时生成，造成从传感器到控制器和执行器的通信负载较大以及额外的执行器磨损。

发明内容

本发明提供一种基于多端口输出误差触发机制的机帆船路径跟踪控制方法，以克服上述技术问题。

本发明基于多端口输出误差触发机制的机帆船路径跟踪控制方法，包括：

建立机帆船模型；

设置机帆船的目标路径；建立虚拟船根据所述目标路径形成参考路径，引导所述机帆船在所述参考路径上航行；

引入触发事件，判断所述机帆船与所述虚拟船之间的位置和航向误差是否满足所述触发事件的条件；

当满足所述触发事件的条件时，通过设计虚拟控制律来镇定误差变量，并根据所述虚拟控制律定义误差动态；

构建鲁棒神经阻尼项来处理外界扰动及所述机帆船模型参数的不确定项，并优化所述误差动态；

在所述机帆船中输入主机转速和舵角，结合优化后的所述误差动态计算控制率和自适应率；根据所述控制率和自适应率驱动所述机帆船自主航行。

进一步地，所述建立机帆船模型，包括：

所述机帆船模型表示为：

式中，x,y,φ,ψ分别表示所述机帆船的位置、横倾角和艏向角；u,v,p,r分别表示所述机帆船的前进速度、横漂速度、横摇角速度和艏摇角速度；

假设φ≈0，所述机帆船的前进速度、横漂速度、横摇角速度和艏摇角速度表示为：